北京時間11月23日消息，中國觸摸屏網訊， 盡管觸控螢幕已日益普及于各種日常電子用品中，卻只有少數人了解其實際運作的方式。從手指觸碰產生的電容變化一直到在螢幕上的移動，對多數使用者而言，觸控螢幕的技術部分仍是個謎。事實上，多數使用者對于觸控螢幕的了解層面僅止于很好操作或不好操作，但問題是如何對于系統有足夠了解，以判斷什麼東西才能讓觸控螢幕運作的好壞。
 
    為更了解觸控系統，本文將探討如何記錄手指觸碰，并且揭露觸控螢幕結構的關鍵技術，以及說明觸控螢幕如何解釋手指在螢幕上移動及其所造成的螢幕反應。本文并透過系統軟硬體追縱觸控螢幕的觸碰動作，并且剖析達成電容式觸控螢幕驚奇技術的幾項複雜步驟。 

    本文來自：http://www.zc28898.cn/touchscreen/news/front/200911/23-3891.html

    觸控螢幕架構由多層材質組成 

    許多使用者好奇的是，當用手指觸碰觸控螢幕時，其所觸碰到的東西為何。電容式觸控螢幕通常由多層材質構成，稱為疊層(Stackup)，最上層是由玻璃或一般稱為樹脂玻璃或壓克力(PMMA)并鍍以防刮鍍膜形成的保護層，這一層通常在成型時會印上公司標籤、按鈕指示圖案，也就是消費者看到電話或觸控產品最外層所接觸到的材質。緊接在保護層之下的是一層既薄又透明的接合劑，接著再下一層就是最關鍵的部分--觸控感測層。 

    觸控感測層最主要的技術秘密在于其由氧化銦錫(ITO)構成。ITO令人驚奇之處在于本身是一種具有良好透光性的陶瓷，因此使一般電容式觸控螢幕約有92%的透光度，這是非常大的賣點。在ITO感測器層下方是空氣層或一層間隔，有助于隔離ITO感測層，不受最下層液晶顯示器(LCD)的電子雜訊干擾。圖1所示為具有兩層ITO的結構。觸控面板製造商會根據產品設計上的考量而採用一層、兩層甚至三層的ITO，然而最終要用何種ITO層，仍決定于觸控板廠商的技術能力及客戶對于技術的要求。

 
圖1:電容式觸控螢幕疊層結構截面圖

    鉆石型ITO蝕刻最實用 

    若在LCD關閉狀態從適當角度檢視觸控螢幕裝置，就有可能會看到玻璃上的ITO的樣式。目前一般的觸控螢幕是採用鉆石型的樣式(圖2)。鉆石型之所以被認為是最實用的設計樣式，實因考量ITO樣式須符合幾項需求，首先，ITO層須覆蓋整個螢幕，因此在透明度上不能有視覺上的差異；其次，若在樣式設計上可對應到X/Y座標軸上，對于系統設計人員而言，會更省事，因為在寫軟體時如可用X與Y座標表示位置，就可以讓LCD在更新任何判斷時更簡單合理。最后，該樣式必須能持續涵蓋整個電極，微型橋接裝置在鉆石型樣式中互連可符合上述的需求。

  
圖2:在一般觸控裝置上的ITO樣式可提供X與Y座標觸控資訊

    觸控系統運作關鍵為偵測手指電容變化 

    電容式觸控螢幕運作關鍵是系統設計須偵測手指造成的微小電容值變化。事實上，當手指或其他導電體接近螢幕時，感測器與手指之間會形成平行板形式的電容。雖然這個電容相對于其他系統中的電容值都要來得小，大約0.5皮法(pF)對20pF的比例，但經由恰當的技術與訊號過濾，仍可量測得到。 

    平行板電容指的是由兩個導體面且當中隔著絕緣體所構成的電容。ITO層是導體，使用者的身體也是導體，而玻璃或PMMA則是絕緣體。當使用者觸碰螢幕時，其本身就變成電容的一部分，相同的現象也運用在廠商CapSense的裝置中，藉以提供手機、洗衣機等產品上的按鈕與滑桿。 

    廠商推出的CSD(CapSense with Sigma Delta)是一種感測電容的機制。在這個方法中，電容器的量測是利用類似Sigma Delta類比數位轉換(ADC)的機制，將電容器連接到一個洩漏電阻(RBleed)，若電容器上的電壓值高于界限值，就會在該電容中加上固定電荷量。接著電路會量測電容放電到低于該界限值所需的時間(單位時間次數)，這些次數會在時間上作平均以求得準確的電容值量測。 

    圖3中的CSD模組圖乍看之下較為複雜，但不難理解。左邊的虛擬亂數源(Pseudo-Random Source, PRS)會讓開關1(SW1)與開關2(SW2)以先斷后連的方式交互連接，這表示CSENSOR會連接到VDD，接著連接到CEXT并反覆此動作。

圖3　感測電容值改變與指觸偵測所用的電容充電電路

    CEXT是一個外接電容，用來容納從CSENSOR所來的電荷，當CSENSOR每次連接至VDD時，CEXT就會充滿電荷；當CSENSOR連接到CEXT時，就會對CEXT充電，此處CSENSOR遠小于CEXT。想像自行車胎打氣筒和輪胎，每次當SW1閉路時，就像充氣把手被拉上來讓氣筒充滿空氣；當SW2閉路時，就如把充氣把手壓下去，讓氣筒裡的空氣灌入車胎中。 

    圖3電路的中間部分會對CEXT進行放電并且量測CSENSOR，當CEXT的電壓超過VREF時，SW3就會成閉路狀態讓CEXT放電。此處的放電可想成自行車胎的安全閥，而這個安全閥最重要的功能之一就是其放電速率已知，所以只要量測放電時間就可以知道CSENSOR的值。 

    圖3右邊為量測SW3成閉路的時間。脈衝寬度調變(PWM)會在每次掃描之間產生脈波讓處理器讀取樣本，每當SW3成閉路時，此處的計數器就開始量測時間，當電容值增加到CSENSOR時，往CEXT的電荷就會增加。

    這種電容值的改變讓觸控螢幕控制器能辨認出觸碰行為(感測到的電容值增加)的發生，而問題在于，螢幕在環境雜訊中能辨別指觸的能力(此亦為觸控螢幕好壞關鍵)，若觸碰控制器無法分辨真實指觸或只是電容上雜訊造成的起伏，觸控螢幕就無法有正常的反應。